本發(fā)明涉及隧道檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種隧道檢測成像裝置。

背景技術(shù)：

目前鐵路運營隧道襯砌質(zhì)量檢測沿用的方法主要是人眼觀察、手工量測繪圖方法和照相方法。其中，人眼近距離觀察、量測使用的輔助設(shè)備主要有臺車、高架等，用于解決地面觀察距離太遠(yuǎn)、不能近距離觀察、量測的問題。但是，人眼觀察方法、受觀察者視力、體力等制約，極易產(chǎn)生遺漏、描述不準(zhǔn)確，同時，人眼檢測的時間和成圖周期長，工作效率非常低。

采用照相方式可以獲得很精細(xì)的圖像，再對圖像進行分析，不需要臺車、高架車等輔助設(shè)備。照相方法的輔助裝置是相機腳架，以保證高分辨率照相時相機姿態(tài)的穩(wěn)定，避免圖像模糊。由于高分辨力的圖像每張圖像覆蓋的面積僅為0.2-0.5平方米，單張圖像信息有限。獲取隧道襯砌多張圖像采取不斷移動三腳架(移動相機)獲得的，每張隧道圖像成像時具有不同的光學(xué)成像中心和方位角、高度角，具有不同的比例尺，很難合成連片圖像。因此也不具備用這些圖像形成確定比例尺專題圖的能力。使用照相方式解決隧道檢測的工作基本沒有開展，主要方式仍然是人眼檢測。

由于檢測作業(yè)在隧道現(xiàn)場，長時間占用隧道直接影響到交通運營的實施。尤其是軌道交通在檢測期間列車必須停運，直接對運輸經(jīng)濟造成減損。

人工檢測方法和照相方式一個共性的缺陷是效率低，都不能適應(yīng)隧道快速檢測的要求。

專利《一種基于全景攝像的隧道檢測裝置及其檢測方法》中提出：檢測裝置包括：用于沿隧道中心線行駛的檢測車，車上安裝了攝像機，這種成像方法中行進的攝像機采集的圖像位置和姿態(tài)是基于檢測車的位置和姿態(tài)確定的，檢測車定位方法是基于磁羅盤圖像和行進距離，但是沒有關(guān)于檢測車如何準(zhǔn)確定位的方法和技術(shù)，無法準(zhǔn)確定位圖像位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種隧道檢測裝置，該裝置精度高，可靠性強并且節(jié)省人力。

一種隧道檢測裝置，包括：

車架，所述車架能夠在隧道內(nèi)沿軌道延伸方向行進，

安裝于車架上的前進距離控制系統(tǒng)，所述前進距離控制系統(tǒng)能精確控制車架在隧道內(nèi)沿軌道的位移，

安裝在車架上的檢測裝置，所述檢測裝置包括成像單元，照明單元，所述照明單元為成像單元獲取隧道內(nèi)待檢測區(qū)域圖像提供光源，所述成像單元由多臺相機組成，

集成于檢測裝置上的圖像單元，用于圖像的采集、存儲和輸出，

其特征在于，

還包括安裝在車架上的橫向精確定位控制部件，姿態(tài)傳感器，激光測距單元，

所述橫向精確定位控制部件可以使車架在隧道內(nèi)軌道行進時不產(chǎn)生蛇形，保證車架在垂直軌道方向的精確定位，

所述姿態(tài)傳感器用于記錄指定時刻車架的縱向和橫向坡度角，

所述檢測裝置通過定位銷安裝在車架上，

所述定位銷可以使成像單元與車架進行快速的裝配，同時確保成像單元的位置固定，

所述多臺相機的空間排列方式為：

所述多臺相機的鏡頭主光軸與車架前進方向垂直，

所述多臺相機的鏡頭光心位于同一條軸線a上，所述軸線a與車架前進軸線平行且軸線a與車架所在軌道的中心線平行，

所述多臺相機位于前進方向軸線的不同位置，相機之間的間隔根據(jù)相機成像指標(biāo)包括等間距和不等間距，

所述多臺相機位于車架前進軸線垂直的平面b上，

所述多臺相機位于相機主光軸的投影在所述平面b上的圖形是以相機光心軸線為原點的輻射線，所述多臺相機的主光軸之間的夾角根據(jù)相機成像指標(biāo)包括等角度間隔和不等角度間隔，

所述激光測距單元安裝在所述多臺相機光心軸線上，所述激光測距單元包括多個激光測距儀，

所述多臺相機的感光區(qū)間完全覆蓋所述激光測距儀的波長區(qū)間。

進一步地，所述激光測距儀的激光測距光線呈輻射狀分布，所述激光測距光線向后端的延長線和向前端的出射方向均交匯于所述多臺相機光心軸線上。

進一步地，所述激光測距單元內(nèi)每個激光測距儀的激光測距光線之間的夾角包括等角間隔或和不等角間隔。

進一步地，所述激光測距儀使用的激光波長包括兩個波段：390nm～780nm和0.7μm～500μm。

進一步地，所述照明單元為光源和濾光片組成，所述濾光片為陷波濾光片或截止濾光片，所述濾光片可根據(jù)需要自動移除。

進一步地，所述檢測裝置上還集成有圖像處理單元，用于讀取，計算，輸出圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將現(xiàn)行工務(wù)部門人員在隧道里人眼檢測、手工量測方法改變?yōu)閷λ淼缊D像的檢測和量測，極大地減輕了工務(wù)檢測工作的勞動強度，對現(xiàn)行采取單相機獲取單幅圖像的模式改進為多相機圖像獲取，可以獲取更加精確定位和定姿參數(shù)的圖像。本發(fā)明將對隧道觀察、實地量測獲得病害信息面積、裂縫長度、寬度的工作轉(zhuǎn)為在隧道圖像上作業(yè)的非現(xiàn)場作業(yè)模式，將隧道空間限界超限等幾何信息的量測轉(zhuǎn)為非現(xiàn)場作業(yè)模式，使隧道檢測的效率提高了十余倍，大大降低了列車停運的“時間天窗”。

附圖說明

圖1是多臺相機布置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明裝置包括：車架，安裝于車架上的前進距離控制系統(tǒng)，安裝在車架上的檢測裝置，所述檢測裝置包括成像單元，照明單元，所述前進距離控制系統(tǒng)用于控制車架的啟動，停止，轉(zhuǎn)向，所述照明單元為成像單元獲取隧道內(nèi)待檢測區(qū)域圖像的光源，所述照明單元為光源和濾光片組成，所述濾光片為陷波濾光片或截止濾光片，閃光燈的光譜成分里沒有激光波長的分量。激光測距持續(xù)期間，激光光點顯示在隧道壁上，在一次曝光過程中，光點和隧道壁同時進行成像，所述成像單元由多臺相機組成，還包括安裝在車架上的橫向精確定位控制部件，姿態(tài)傳感器，激光測距單元。所述橫向精確定位控制部件可以使車架在隧道內(nèi)軌道行進時不產(chǎn)生蛇形，保證車架在垂直軌道方向的精確定位，所述姿態(tài)傳感器用于記錄指定時刻車架的縱向和橫向坡度角，為后期數(shù)據(jù)處理提供修正的參數(shù)依據(jù)，所述檢測裝置通過定位銷安裝在車架上，所述定位銷可以使成像單元與車架進行快速的裝配，同時確保成像單元的位置固定，達到檢校時的精確復(fù)位，車架的精確定位確定了激光測距數(shù)據(jù)與相機光心定位的精度，以及多相機鏡頭光心軌道前進方向共光軸的位置參數(shù)。所述多臺相機的空間排列方式如圖1所示：所述多臺相機的鏡頭主光軸與車架前進方向垂直，所述多臺相機的鏡頭光心位于同一條軸線a上，所述軸線a與車架前進軸線平行且軸線a與車架所在軌道的中心線平行，所述多臺相機位于前進方向軸線的不同位置，相機之間的間隔根據(jù)相機成像指標(biāo)為等間距或不等間距，所述多臺相機位于車架前進軸線垂直的平面b上，所述多臺相機位于相機主光軸的投影在所述平面b上的圖形是以相機光心軸線為原點的輻射線，所述多臺相機的主光軸之間的夾角根據(jù)相機成像指標(biāo)可以等角度間隔或不等角度間隔，所述激光測距單元安裝在所述多臺相機光心軸線上，所述激光測距單元包括多個激光測距儀，所述多臺相機的感光區(qū)間完全覆蓋所述激光測距儀的波長區(qū)間。所述激光測距儀的激光測距光線呈輻射狀分布，所述激光測距光線向后端的延長線和向前端的出射方向均交匯于所述多臺相機光心軸線上，所述激光測距單元內(nèi)每個激光測距儀的激光測距光線之間的夾角包括等角間隔或和不等角間隔，所述激光測距儀使用的激光波長包括兩個波段：390nm～780nm和0.7μm～500μm。當(dāng)使用的相機感光電磁波為可見光波段成像，為了同時記錄隧道激光點，激光測距儀激光波長也使用可見光波長。激光測距儀激光波長使用紅外波長時，相機的感光區(qū)間需要擴大到覆蓋激光測距波長的紅外波長區(qū)間。

使用本發(fā)明所述隧道檢測裝置，基于激光測距測定的光心軸線與隧道壁的垂直距離和相機光心與測距儀光心的距離，根據(jù)三角關(guān)系得到相機光心與激光測距點之間的射線光距離，為圖像糾正提供控制點坐標(biāo)。

其中，獲取隧道內(nèi)激光點的方法包括：

方法一、使用激光測距儀測距的同時，打開照明單元，使用多相機進行隧道成像，此時，照明單元的濾光片處于被移除狀態(tài)。

方法二、同一視場分別進行2次成像，

第一次是打開照明單元，獲取隧道圖像，此時，照明單元的濾光片處于被移除狀態(tài)，第二次關(guān)閉照明單元，獲取隧道圖像，

第二次成像過程中，隧道壁上只有激光測距的光點，所成的圖像也只有激光測距的光點，

在數(shù)據(jù)處理時，將第一次成像獲取的隧道圖像和第二次成像獲取的隧道圖像進行疊加，確定激光光點的位置，根據(jù)激光測距測定的光心軸線與隧道壁的垂直距離和相機光心與測距儀光心的距離，根據(jù)三角關(guān)系得到相機光心與激光測距點之間的射線光距離，為圖像糾正提供控制點坐標(biāo)，根據(jù)相機的位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)進行圖像的集合投影變換和校正。

方法三、使用激光測距儀測距的同時，打開照明單元，使用多相機進行隧道成像，此時，照明單元的濾光片處于未被移除狀態(tài)，在激光測距持續(xù)期間，激光光點顯示在隧道壁上，一次曝光成像將激光光電和隧道壁成像同時完成。

根據(jù)本發(fā)明裝置獲取的隧道圖像，基于全景成像模型對垂直于隧道軌道方向的隧道斷面進行校正和鑲嵌。本發(fā)明獲取的隧道圖像是沿隧道軌道方向的橫向立體模型，因此進行鑲嵌后進行二次投影分幅，便于隧道病害信息的提取和量測。

本發(fā)明裝置獲取的隧道激光測距數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標(biāo)變換，形成隧道的三維點云數(shù)據(jù)，利用所述隧道的三維點云數(shù)據(jù)可以與隧道內(nèi)激光點數(shù)據(jù)形成虛擬隧道環(huán)境。